JP2009518132A

JP2009518132A - 軟骨修復方法

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Publication number: JP2009518132A
Application number: JP2008544482A
Authority: JP
Inventors: ミッチェル・エス・セイディン; マシュー・マタバ
Original assignee: Isto Technologies Inc
Current assignee: Isto Technologies Inc
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2009-05-07
Also published as: EP1973554A2; EP1973554B1; WO2007067637A2; CA2631520A1; ES2528272T3; EP1973554A4; US8444968B2; US20070128155A1; WO2007067637A3

Abstract

本発明は、ヒアリン軟骨欠損を修復する方法を開示する。方法は、自己の骨間葉系幹細胞を関節に導入し、ついで、多糖をからみ合わせたポリエステルを含む膜を関節に適用することを含む。いくつかの態様において、骨間葉系幹細胞は関節が存在する骨に起源を発する間葉系幹細胞である。これらの態様において、関節と間葉系幹細胞との間の接触は、鏡視下骨穿孔、摩耗または穿孔のような標準的な外科的技術を用いて骨を通る開口を導入することによって行うことができる。これらの方法の適用に応答して形成する軟骨は、繊維軟骨よりもヒアリン軟骨である。

Description

本願は2005年12月７日に出願された米国仮特許出願番号60/748,027の出願日の利益を主張する。

関節の欠損は、痛み、不快および疾病の重要な源となる。軟骨全層欠損のようなこれらの欠損は、骨関節症、関節の軟骨の傷害および／または変性のような疾患と関連する場合がある。関節接合部からなるヒアリン軟骨の欠損と関連する病的状態は、重大な経済学的、健康的および社会的費用を負わせる。

関節問題の修復または改善の最近の治療には、鏡視下骨穿孔、摩耗および穿孔が含まれる。これらの介在には、欠損を含む関節を間葉系幹細胞に曝露することが含まれる。かかる介在の結果、間葉系幹細胞が欠損に浸潤し、時間をかけて繊維軟骨に分化する。しかしながら、繊維軟骨は、ヒアリン軟骨とは異なる構造および分子組成を有する（Benjamin, M.S.ら, International Review of Cytology 233: 1-45, 2004）。一般的に、繊維軟骨は、典型的には２年未満しか耐久性がなく、短時間の改善しか提供しない（例えば、Hunziker, E.B., Osteoarthritis and Cartilage 10: 432-463, 2001; Steadman, J.R.ら, Clinical Orthopaedics and Related Research 391 S: S362-S369, 2001; Diduch, D.R.ら, http://www.orthopedictechreview.com/issues/novdec02/pg24.htm; Stone, K.R.ら, http://www.stoneclinic.com/newtechcartrep3.htm; Fu, F.H.ら, Amer. J. Sports Medicine 33: 1658-1666, 2005; Minas, T.ら, Orthopedics 20: 525-538, 1997; Gilbert, J.E., Amer. J. Knee Surgery 11 : 42-46, 1998; Gross, A.E., J. Arthroplasty 18: 14-17, 2003）。したがって、別の治療が必要である。

軟骨の欠損を治療する治療介在の必要性に鑑みて、ここに本発明者らは、治療を必要とするヒト患者のような哺乳動物における関節中のヒアリン軟骨欠損を修復する方法を開示する。これらの方法は、修復を必要とする関節に自己の間葉系幹細胞を浸潤させること、および、関節に、多糖とからみ合ったポリエステルを含む膜を適用することの組合せを含む。これらの方法の適用は、欠損部位において繊維軟骨に代わってヒアリン軟骨の沈殿を生じ、それによって、関節欠損の完全な修復を含む、長期間の改善を提供する。

本教示の種々の構成において、間葉系幹細胞は哺乳動物に自家移植する骨間葉系幹細胞とすることができ、修復が必要な関節に存在する骨髄腔起源とすることができる。いくつかの態様において、修復を必要とする関節は、軟骨全層欠損を含むことができる。関節は、限定するものではないが、膝関節のようなヒアリン軟骨を含むいずれの関節の接合部とすることもできる。

種々の形態において、方法は、少なくとも１の開口を関節が存在する骨に導入することを含む。少なくとも１の開口は、骨の髄腔から関節への間葉系幹細胞の移動を可能にし、それによって間葉系幹細胞と関節との間の接触の確立を可能にすることができるのに十分に大きくすることができる。種々の構成において、関節に開口を導入することは、例えば、骨の摩耗、鏡視下骨穿孔または穿孔のような当業者に知られているいずれの方法によっても達成することができる。摩耗を用いる場合、摩耗には摩耗関節形成術を行うことが含まれる。

本教示の種々の態様において、多糖とからみ合ったポリエステルを含む膜は、少なくとも約０.５ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有することができる。いくつかの態様において、膜は、開口を導入する前に関節に適用することができ、一方、他の態様において、開口の導入は膜の適用に先行することができる。

本教示の膜には、多糖をからみ合わせたポリエステルが含まれる。種々の態様において、膜を含むポリエステルは、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、またはポリ乳酸およびポリグリコール酸を含むコポリマーからなることができる。種々の態様において、ポリ乳酸およびポリグリコール酸は、約３：１の重量比のような約５：１ないし約２：１の重量比とすることができる。

種々の構成において、本教示の膜は、さらに少なくとも１の多糖を含む。種々の態様において、多糖はヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ダーマタン硫酸、ケラタン硫酸、ヘパラン、ヘパラン硫酸、デキストラン、デキストラン硫酸、アルギン酸、およびそれらの組合せとすることができる。いくつかの構成において、多糖はヒアルロン酸とすることができる。種々の態様において、ポリエステルおよび多糖は９９：１ないし１：９９の重量比とすることができ、ある種の構成において、多糖に対するポリエステルの重量比は約９：１ないし約１：９とすることができる。種々の構成において、ポリエステルは、以下に記載する方法を用いて多糖とからみ合わせることができる。

いくつかの形態において、本教示の方法は、さらに、本明細書に記載する膜を、修復を必要とする関節に固定することを含む。種々の態様において、膜は、少なくとも１の締め具を用いて関節に固定することができる。これらの構造の締め具は、限定されるものではないが、生体適合性の接着剤、縫糸、組織融合、ダーツ、ステープル、スクリューおよび鋲のような当業者に知られているいずれの締め具とすることができる。ある種の態様において、生体適合性の接着剤はフィブリン接着剤とすることができる。

本教示のある種の形態において、本明細書に記載する膜は、さらに、少なくとも１の増殖因子を含むことができる。膜に含ませることができる増殖因子の例は、限定されるものではないが、ＴＧＦ−β、骨形成因子、増殖分化因子、ＡＤＭＰ−１、繊維芽細胞増殖因子、ヘッジホッグタンパク質、インスリン様増殖因子、血小板由来増殖因子、インターロイキン、コロニー刺激因子、およびアクチビンが含まれる。また、いくつかの形態において、膜は、さらに少なくとも１のコラーゲンを含むことができる。

種々の構成において、本教示は、治療を必要とする患者の関節の軟骨全層欠損を修復する方法を記載する。これらの方法は、関節に存在する骨を鏡視下骨穿孔し、ついで、関節に、約５：１ないし約２：１の重量比でポリ乳酸およびポリグリコール酸を含むポリエステル・コポリマーを含む膜を適用することを含み、ここにポリエステルはヒアルロン酸とからみ合っている。これらの構造の膜は、少なくとも約０.５ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有することができる。これらの方法は、さらに、膜を関節に係留することを含むことができる。

また、本発明の教示は、治療を必要とする患者の関節における軟骨全層欠損を修復する方法を記載する。これらの方法は、関節に存在する骨を通して少なくとも１の開口を導入し、ここに該少なくとも１の開口は骨の骨髄腔に含まれる間葉系幹細胞の関節への移動を可能にし、ついで、該関節に、約５：１ないし約２：１の重量比でポリ乳酸およびポリグリコール酸を含むポリエステル・コポリマーとからみ合ったヒアルロン酸を含む膜を適用することを含み、ここに該膜は少なくとも約０.５ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有する。いくつかの構成において、方法は、さらに、膜を関節に固定することを含む。

本発明者らは、関節に含まれるヒアリン軟骨を修復する方法を考案した。これらの方法は、ａ）修復を必要とする関節に自己の間葉系幹細胞を浸潤させ、ついで、ｂ）関節に、多糖とからみ合ったポリエステルを含む膜を適用することを内包する。本明細書において用いる「間葉系幹細胞」なる用語は、少年または成人の間充織組織内を起源とする多能性細胞をいう。したがって、例えば、自己の間葉系幹細胞は、自己の骨間葉系幹細胞、すなわち、骨の髄腔内を起源とする自己の間葉系幹細胞とすることができる。

本開示に含まれるのは、多糖とからみ合ったポリエステルを含む膜、およびかかる膜の製造方法である。これらの膜は、組織の修復を支持するためのマトリクスを含むことができる。これらの教示のマトリクスは、多糖とからみ合ったポリエステルを含む。いくつかの構成において、マトリクスは、さらに、少なくとも１の増殖因子を含むことができ、それはＴＧＦ−β、骨形成因子、増殖分化因子、ＡＤＭＰ−１、繊維芽細胞増殖因子、ヘッジホッグタンパク質、インスリン様増殖因子、血小板由来増殖因子、インターロイキン、コロニー刺激因子および／またはアクチビンとすることができる。また、これらの形態のマトリクスは、さらに、コラーゲンを含むことができる。

本教示の種々の構成において、多糖は、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ダーマタン硫酸、ケラタン硫酸、ヘパラン、ヘパラン硫酸、デキストラン、デキストラン硫酸、アルギニン酸、またはそれらの組合せとすることができる。また、マトリクスのポリエステルは、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、またはポリ乳酸およびポリグリコール酸を含むコポリマーとすることができる。さらに、マトリクスに含まれる多糖は、ポリエステルとからみ合うこと、および、架橋することの両方ができる。架橋した多糖を含むマトリクスのいくつかの構成において、多糖は、酸化した多糖とすることができる。

本教示のマトリクスを調製する方法は、混合物中で、ポリエステルおよび多糖をからみ合わせることを含む。マトリクスを調製する方法は、さらに、多糖を架橋することを含むことができる。架橋は、多糖を酸化すること、および／または多糖を架橋剤と接触させることを含むことができる。酸化および／または架橋剤を用いた多糖の接触は、多糖とポリエステルとをからみ合わせる前または後のいずれかに行うことができる。また、マトリクスを調製する方法は、さらに、混合物に、少なくとも１の増殖因子および／またはコラーゲンを添加することを含むことができる。

本発明者らは、治療を必要とするヒト患者のような哺乳動物における組織増殖を促進する方法も開発した。方法は、組織増殖を必要とする部位において、哺乳動物に本明細書に記載するマトリクスを移植することを含む。組織増殖を促進することは、組織増殖を行うこと、および／または組織増殖を誘導することを含むことができる。組織は、骨、軟骨、軟組織またはそれらの組合せとすることができる。

本発明者らは、組織の修復を支持するためのマトリクスを考案した。本発明者らは、組織の増殖および修復を促進するためにマトリクスを用いる方法、ならびに組織修復を支持するための薬物を製造するためのマトリクスの使用も考案した。本発明のからみ合ったポリエステル−多糖マトリクスは、単独で用いて組織の増殖を行うことができ、少なくとも１の増殖因子と組み合わせて用いて組織の増殖を誘導することができ、細胞と組み合わせて組織の増殖を誘導することができ、および／または、コラーゲンまたはフィブリンと組合せることができる。本明細書中で用いる「からみ合わせる」および関連する用語は、融解物または重複する濃度（overlap concentration）を超える濃縮溶液中のポリマーの状態をいい、そこではポリマーがほかのものに互いに浸透し合っており、分子の運動が各分子を囲む「仮想チューブ」に沿った運動に制限される（Glossary of Colloid and Polymer Science, http://www.studsvik.uu.se/pwwwp/Rennie/gloss.htm#E）。

したがって、本教示のマトリクスは、多糖とからみ合ったポリエステルを含む。マトリクスを構成するポリエステルは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ)、またはＰＬＡおよびＰＧＡを含むコポリマー（ポリ（ラクチド−コ−グリコライド、ＰＬＡ−ＰＧＡ、またはＰＬＧＡともいう）。ＰＬＧＡコポリマーのようなポリエステルは、生分解性コポリマーとすることができる。いくつかの構成において、マトリクスを構成するＰＬＧＡコポリマーは約５：１ないし約２：１の重量比でＰＬＡおよびＰＬＧを含むことができ、ある種の態様において、ＰＬＡ：ＰＬＧ比は、重量比で約３：１とすることができる。ＰＬＡ-ＰＬＧコポリマーは、例えば、Hollinger, J. Biomed. Mater. Res. 17: 71-82, 1983に記載されているＰＬＧＡコポリマーのようなポリエステルとすることができる。

種々の構成において、マトリクスを構成する多糖は、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ダーマタン硫酸、ケラタン硫酸、ヘパラン、ヘパラン硫酸、デキストラン、デキストラン硫酸またはアルギン酸とすることができる。いくつかの態様において、マトリクスは、２またはそれを超えるこれらの多糖の組合せを含むことができる。ある種の態様において、多糖はヒアルロン酸とすることができる。

マトリクスのいくつかの構成において、多糖は架橋した多糖とすることができる。架橋は、例えば、Laurent, T. C, Acta Chem. Scand. 18: 274-275, 1964; Kuo, J.-W Bioconjugate Chem. 2; 232-241, 1991; Mason, M., Biomaterials 21: 31-36, 2000;またはZhao, X. B., J. Mater. Sci. Mater. Med. 13: 11-16, 2002のような文献に開示されているような、当業者に知られているいずれの型の架橋も含むことができ、ホルムアルデヒドまたはグルタルアルデヒドのようなアルデヒド架橋剤、多糖反応性架橋剤のようなホモ二官能性架橋剤またはヘテロ二官能性架橋剤を含むことができる。種々の態様において、架橋剤は、過ヨウ素酸−酸化型多糖のような酸化型多糖を含むことができる。いくつかの構成において、架橋は、多糖とポリエステルとの間の共有結合を含むことができ、あるいは多糖と本明細書に記載するいずれか他のマトリクス成分との間の共有結合を含むことができる。

本発明の教示のマトリクスにおいて、多糖に対するポリエステルの重量比は９９：１ないし１：９９とすることができる。ある種の態様において、多糖に対するポリエステルの重量比は約９：１ないし約１：９とすることができる。

いくつかの構成において、本教示のマトリクスは、ポリエステルおよび多糖に加えて、少なくとも１の増殖因子を含むことができる。マトリクスに含ませることができる増殖因子は、非限定的な例において、ＴＧＦ−β１、ＴＧＦ−β２、ＴＧＦ−β３または骨形成因子（ＢＭＰ）のようなＴＧＦ−βスーパーファミリーのメンバー；増殖分化因子；ＡＤＭＰ−１；酸性ＦＧＦまたは塩基性ＦＧＦのような繊維芽細胞増殖因子（ＦＧＦ）；indianヘッジホッグ、sonicヘッジホッグまたはdesertヘッジホッグのようなタンパク質のヘッジホッグ・ファミリーのメンバー；血小板由来増殖因子、インターロイキン；コロニー刺激因子；アクチビン；ＩＧＦ−ＩまたはＩＧＦ−ＩＩのようなインスリン様増殖因子（ＩＧＦ）ファミリーのメンバー；ＰＤＧＦ−ＡＰ、ＰＤＧＦ−ＢＢおよびＰＤＧＦ−ＡＡのような血小板由来増殖因子（ＰＤＧＦ）ファミリーのメンバー；ＩＬ−１、ＩＬ−２、ＩＬ−３、ＩＬ−４、ＩＬ−５またはＩＬ−６のようなインターロイキン（ＩＬ）ファミリーのメンバー；またはＣＳＦ−１、Ｇ−ＣＳＦおよびＧＭ−ＣＳＦのようなコロニー刺激因子（ＣＳＦ）ファミリーのメンバーとすることができる。マトリクスに含まれる増殖因子は、組織起源から得られた増殖因子、または標準的な分子生物学的技術を用いてイン・ビトロ(in vitro)、細胞培養、または微生物で産生された組換え増殖因子とすることができる。いくつかの態様において、増殖因子は、限定されるものではないが、ＢＭＰ−１、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−５、またはＢＭＰ−６のような骨形成因子とすることができる。また、マトリクスは、限定されるものではないが、I型コラーゲン、ＩＸ型コラーゲン、Ｘ型コラーゲンまたはＸＩ型コラーゲンのような少なくとも１のコラーゲンも含むことができる。

本発明者らは、本明細書に記載するマトリクスを調製する方法も開発した。本願明細書に記載する方法は、当業者によく知られている研究室技術を利用し、ガイダンスは、Sambrook, J.ら, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 2001; Spector, D. L.ら, Cells: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1998;およびHarlow, E., Using Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press. Cold Spring Harbor, MY, 1999のような研究室マニュアル、およびHedricksonら, Organic Chemistry 3rd edition, McGraw Hill, New York, 1970のようなテキストブックに見出すことができる。

したがって、本教示の方法は、ポリエステルおよび多糖を含む混合物を形成し、ついで、混合物中でポリエステルおよび多糖をからみ合わせることを含む。多糖をポリエステルとからみ合わせることは、限定されるものではないが、下記実施例１に記載する方法のような当業者に知られたいずれの方法によっても行うことができる。

マトリクスを作製することにおいては、多糖を、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、またはポリ乳酸およびポリグリコール酸を含むコポリマーを含むポリエステルとからみ合わせる。ポリエステルがＰＬＡおよびＰＧＡを含むコポリマーである場合、成分ポリマー酸は、約３：１のような、約５：１ないし約２：１の重量比で存在することができる。コポリマーは、商業的供給業者から得ることができ、あるいは、限定されるものではないが、Fukuzaki, Biomaterials 11: 441-446, 1990およびJalil, J. Microencapsulation 7: 297-325, 1990のような文献に記載されているよく知られた技術に従って調製することができる。

種々の態様において、マトリクスを形成する方法は、さらに、多糖を酸化することを含むことができる。酸化は、例えば過ヨウ素酸酸化のような当業者に知られている多糖を酸化するいずれの方法も利用することができる。多糖を酸化することは多糖の糖環を酸化することを含むことができ、多糖とポリエステルとをからみ合わせる前または後のいずれかで行うことができる。

マトリクスを調製することは、いくつかの形態において、マトリクスの多糖成分を共有的に架橋することも含むことができる。多糖の架橋は、ポリエステルと混合物を形成する前または後のいずれか、あるいはポリエステルを多糖とからみ合わせる前または後のいずれかに行うことができる。いくつかの構成において、架橋は、限定するものではないが、ホルムアルデヒドまたはグルタルアルデヒドのようなアルデヒド架橋剤、Pierce Biotechnology Inc. (イリノイ州、ロックフォード（Rockford, IL）)またはMolecular Probes/Invitrogen Corporation (カリフォルニア州、カールスバッド（Carlsbad, CA）)のような供給源によって商業的に供給されている多糖−反応性架橋剤のようなホモ二官能性架橋剤またはヘテロ二官能性架橋剤のような化学架橋リンカーと多糖とを接触することによって行うことができる。

マトリクスの調製は、混合物を形成することを含むことができ、ここでは、ポリエステルおよび多糖を約９９：１ないし約１：９９の範囲の重量比で混合物中で合し；これらの形態の方法は、約９：１ないし約１：９の重量比でポリエステルおよび多糖を添加することができる。当業者であれば、限定されるものではないが、細胞に向けた粘着性、吸収特徴、安定性、フレキシビリティー、強度、生体和合性ならびに血清タンパク質または細胞外マトリクス成分のような巨大分子に対する吸着のような、得られるからみ合ったマトリクスの物理学的、化学的または生物学的特性に関する多糖に対するポリエステルの最適比を日常的な実験によって決定することができる。混合物の巨大分子成分は当業者によく知られている方法によってからみ合わせることができ、それは、いくつかの態様において、ポリエステルおよび多糖を含む混合物を凍結および凍結乾燥すること、または混合物をウェット・レイ（wet lay）し、風乾することを含むことができる。

本教示のマトリクスを形成することは、さらに、ポリエステルおよび多糖を含む混合物に、前記に掲載したもの、および詳細には骨形成因子（ＢＭＰ）のような少なくとも１の増殖因子を添加することを含むことができる。混合物に添加する増殖因子の量および種類は、日常的な実験によって当業者によって決定され、マトリクスの意図する使用に従って変化させることができる。限定されるものではないが、骨形成因子は、ポリエステルおよび多糖を含む混合物に添加して、骨増殖を刺激するために使用することができるマトリクスを形成することができる。マトリクスを形成することは、混合物にコラーゲンを添加することも含むことができる。コラーゲンは、前記に掲載したもののようないずれの型のコラーゲンとすることもできる。

種々の形態において、本教示は、哺乳動物における組織増殖を促進する方法を含む。これらの方法は、組織増殖の必要な部位で、本明細書に記載するように多糖とからみ合ったポリエステルを含むマトリクスを哺乳動物に移植することを含み、該マトリクスは、さらに、少なくとも１の増殖因子および／または少なくとも１のコラーゲンを含む。種々の構成において、組織は骨組織、軟骨組織、柔組織、またはそれらの組合せとすることができる。したがって、本教示のマトリクスの哺乳動物受容者は、限定するものではないが、骨または軟骨の変性疾患を有する個人、または外傷傷害後の関節修復が必要な個人のようなヒト患者とすることができる。これらの形態において、外科医のような当業者は、患者の身体内の部位にマトリクスを移植することができる。移植したマトリクスは、近くの組織の回復を加速または促進することができる。

種々の形態において、本教示は、組織増殖を促進する薬物を製造するためのマトリクスの使用も包含する。これらの形態のマトリクスは、本明細書に記載するように、多糖とからみ合ったポリエステルを含む。薬物の製造は、マトリクスを形成する開示した方法を含むことができる。

関節修復の本方法は、限定されるものではないが、膝、肘、くるぶし、肩、あごまたは手首の関節のようなヒアリン軟骨を含むいずれの身体関節にも適用することができる。さらに、方法は、関節欠損を有するヒトおよび動物の両方に用いることができ、かかる動物には、限定されるものではないが、伴侶動物または農場動物のような哺乳動物（例えば、ネコ、イヌ、ヒツジ、ウシ、ヤギ、ブタまたはウマ）が含まれる。治療できる欠損は、限定されるものではないが、全層欠損、部分層欠損、骨関節症、先天性欠損症、または、外傷から生じる傷害のような年齢に関連する変性疾患、のようなヒアリン軟骨の損失または損傷を含む関節欠損に対する損失または損傷を含むいずれの形態の関節損傷とすることもできる。

本明細書に開示した方法を用いる関節損傷の治療は、介在後に沈殿する新たな軟骨が繊維軟骨よりもヒアリン軟骨である軟骨欠損の修復を行うことができる。方法は、関節を、骨によって構成される間葉系幹細胞のような軟骨細胞に分化することができる細胞とを接触させ、ついで、関節に、ヒアルロン酸のような多糖とからみ合ったポリエステルを含む膜を適用することを含む。最も都合よくは、かかる間葉系幹細胞は、損傷した関節に存在する骨を起源とする自己の間葉系幹細胞とすることができるが、他の骨からの間葉系幹細胞も同様に使用することができる。損傷した関節および存在する骨からの自己の間葉系幹細胞の間の接触は、欠損のある関節に存在する骨に１またはそれを超える開口を導入することによって最も容易に行うことができる。かかる開口は、少なくとも、骨間葉からの間葉系幹細胞の関節への移動を許容するのに十分なほど大きなことが必要である。幾つかのよく確立された手法を用いてかかる移動を形成することができ、それには、限定されるものではないが、摩耗（摩耗関節形成術のような）、鏡視下骨穿孔、および骨の穿孔のようなものが含まれる。これらおよび他の治療方法は当業者によく知られており、Steadman, J.R.ら, Clinical Orthopaedics and Related Research 391S: S362-S369, 2001, Rodrigo J.J.ら, Osteoarticular injuries of the knee. pp. 2077-2082, In: Chapman, M.W. (編): Operative Orthopaedics, Vol. 3, 2nd Ed. Lippincott, Philadelphia, PA, 1993; Tippet J.W., Articular cartilage drilling and osteotomy in osteoarthritis of the knee, pp. 325-339, in: McGinty, J.B. (編): Operative Arthroscopy. Raven Press, New York, NY, 1991; Vangsness, C.T.ら, Amer. J. Orthop. 33 (2 Suppl): 29-34, 2004; Textbook of Arthroscopy, Miller, M.D.ら編, Saunders, 2004; The Adult Knee, Callaghan, JJ.ら編, Lippincott Williams & Wilkins, 2003; Operative Treatment of Elbow Injuries, Baker, C.L.ら編, Springer, 2002; Osteoarthritis : Fundamentals and Strategies for Joint-preserving Treatment, Grifka, J.J.ら編, Springer, 2000; Reconstructive Surgery of the Joints, Morrey, B.F.ら編, Churchill Livingstone, 1996; Operative Arthroscopy, McGinty, J.B.ら編, Lippincott-Raven, 1996; The Knee, Scott, W.N.編, Mosby-Year Book, 1994; Surgical Repair and Reconstruction in Rheumatoid Disease, Benjamin, A.ら, Spring-Verlag, 1993; The Knee: Form, Function, Pathology, and Treatment; Larson, R.L.ら編, W.B. Saunders, 1993;およびO'Connor's Textbook of Arthroscopic Surgery, Shahriaree, H.編, J.B. Lippincott, 1992.のような文献に記載されている。理論に拘束されるものではないが、骨に通路を導入した後は、間葉系幹細胞はその通路を通って骨髄腔から出て移動し、関節に定着すると考えられる。間葉系幹細胞を関節の局所環境に曝露すると、幹細胞の軟骨形成軟骨細胞への分化を導く。ポリエステルとヒアルロン酸のような多糖からなる膜の存在下では、軟骨細胞は繊維軟骨よりもヒアリン軟骨を生成する。これらの条件下での細胞の導入は、それによって、欠損のある関節の軟骨を傷害前の関節の軟骨によりそっくり似た状態に回復する。

種々の構成において、本発明の方法に利用する膜は、ヒアルロン酸のような多糖とからみ合ったポリエステルを含む。膜は、少なくとも約０.５ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有することができる。これらの膜は、本明細書に記載する方法によって調製することができる。本明細書に記載するように、膜のポリエステルは、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、またはポリ乳酸とポリグリコール酸のコポリマー（「ＰＬＡ／ＰＬＧポリマー」）を含むことができる。いくつかの態様において、ＰＬＡ／ＰＬＧポリマー中のポリグリコール酸に対するポリ乳酸の重量比は、例えば約３：１のような約５：１ないし約２：１とすることができる。また、膜に含まれる多糖は、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ダーマタン硫酸、ケラタン硫酸、ヘパラン、ヘパラン硫酸、デキストラン、デキストラン硫酸、アルギン酸またはそれらの組合せとすることができ、幾つかの形態において、多糖はヒアルロン酸である。本明細書において使用する「ヒアルロン酸」とは、ヒアルロン酸の遊離酸、ヒアルロン酸ナトリウムのようなヒアルロン酸の塩、またはそれらの組合せをいうことができる。いくつかの構成において、ヒアルロン酸は、Lifecore Biomedical, Inc, Chaska, MNによって配給されているヒアルロン酸のような市販のヒアルロン酸とすることができ、約100,000ないし約2,000,000ダルトンの重量平均分子量を有することができる。非限定的な例において、ヒアルロン酸は約1,700,000の平均分子量を有するヒアルロン酸ナトリウムとすることができる。種々の態様において、多糖に対するポリエステルの重量比は９９：１ないし１：９９とすることができる。いくつかの構成において、多糖に対するポリエステルの比は、約９：１ないし約１：９とすることができる。

本教示の種々の態様において、例えば整形外科医のような当業者であれば、膜を特定の関節欠損に適当な形状に形作ることができる。適当な形状は、例えば、前記に掲載したもののような標準的なテキストに記載されている軟骨欠損の医学治療用のガイドラインに従う当業者によく知られている原理に従って決定することができる。

いくつかの構成において、本教示の方法は、膜を関節に固定することを含む。したがって、種々の態様において、整形外科医のような当業者は、少なくとも１の締め具を用いて患者の欠損部に膜を固定し、それによってその部位に膜を固定することができる。かかる膜の固定は、間葉系幹細胞から分化した軟骨細胞によるヒアリン軟骨の形成を促進することができる。本発明の方法に使用することができる締め具の例には、限定されるものではないが、生体適合性の接着剤、縫糸、組織融合、ダーツ、ステープル、スクリュー、鋲、およびそれらの組合せが含まれる。いくつかの態様において、生体適合性の接着剤は、フィブリン・シーラントのようなフィブリン接着剤とすることができる。本教示と一緒に使用することができる生体適合性の接着剤の非限定的な例は、オーストリア、ウィーンのOesterreichisches Institut Fuer Haemoderivate G.M.B.H.によって製造され、TISSEEL（登録商標）VHというブランド名でBaxter Healthcare Corporation, グレンデール、カリフォルニア州によって配給されているフィブリン・シーラントである。生体適合性の接着剤の代わりにまたはそれに加えて使用することができる他の締め具の非限定的な例には、縫糸、Helmsworth, T. F.ら, Laser Surgery Medicine 10: 576-583, 1990に記載されているような組織融合、ステープル、ダーツ、ピンおよび鋲が含まれる。いくつかの態様において、締め具は、限定されるものではないが、ＰＬＡ／ＰＬＧポリマーのような生体適合性材料を含むことができる。

いくつかの態様において、本教示の膜は、さらに、１またはそれを超える増殖因子を含むことができる。理論に拘束されるものではないが、ある種の増殖因子は、ヒアリン軟骨形成軟骨細胞への間葉系幹細胞の分化を促進することによってヒアリン軟骨の形成を促進し、それによって高速治療することができると考えられる。本教示の膜に取り込ませることができる増殖因子の非限定的な例には、塩基性繊維芽細胞増殖因子（ｂＦＧＦ）のような繊維芽細胞増殖因子、トランスフォーミング増殖因子−β（ＴＧＦ−β）、ＢＭＰ−２のような骨形成因子、ＡＤＭＰ−１、ヘッジホッグタンパク質、インスリン様増殖因子、血小板由来増殖因子、インターロイキン、コロニー刺激因子およびアクチビンが含まれる。さらに、いくつかの構成において、膜は、増殖因子に加えてまたはその代わりに、Ｉ型コラーゲンまたはＩＩ型コラーゲンのようなコラーゲンを含むことができる。膜に取り込ませる増殖因子またはコラーゲンの量は、過度な実験なしに当業者によって決定することができる。

したがって、種々の構成において、本教示は、治療を必要とする患者の関節中の完全厚の軟骨欠損を修復するための方法を記載する。これらの方法は、関節に存在する骨を鏡視下骨穿孔すること、ついで、関節に約５：１ないし約２：１の重量比でポリ乳酸およびポリグリコール酸を含むポリエステル・コポリマーを含む膜を適用することの両方を含み、ここにポリエステルにはヒアルロン酸がからみ合っている。これらの構成の膜は、少なくとも約０.５ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有することができる。これらの方法は、さらに、膜を関節に係留することを含むことができる。これらの構成の関節は、長骨の関節、例えば大腿骨の関節の軟骨を含む膝関節のような関節の軟骨を含むいずれの関節ともすることができる。これらの構成において、鏡視下骨穿孔は、膜の適用に先行することができ、あるいはその逆とすることができる。

さらに、本教示は、治療を必要とする患者の関節における軟骨全層欠損の修復方法を記載する。これらの方法は、ａ）関節に存在する骨を通して少なくとも１の開口を導入し、ここに該少なくとも１の開口は骨の骨髄腔によって構成される間葉系幹細胞の関節への移動を可能とし、ついで、ｂ）関節に、ポリ乳酸およびポリグリコール酸を約５：１ないし約２：１の重量比で含むポリエステル・コポリマーとからみ合ったヒアルロン酸を含む膜を適用することを含み、ここに、該膜が少なくとも約０.５ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有する。方法は、さらに、当業者によく知られているアタッチメントおよびデバイスを用いて、膜を関節に固定することを含むことができる。

これらの方法において、少なくとも１の開口の導入は、関節への膜の適用に先行することができ、あるいは、関節への膜の適用を少なくとも１の開口の導入に先行することができる。さらに、これらの方法において、膜は、少なくとも１の締め具を膜および関節に適用することによって、関節に固定することができる。締め具の非限定的な例には、フィブリン接着剤のような生体適合性の接着剤、縫糸、組織融合、ダーツ、ステープル、スクリューおよび鋲が含まれる。これらの方法の締め具は、ポリエステルのような生体吸収性の材料、または生体適合性の金属のような非吸収性の材料から作製することができる。したがって、非限定的な例において、締め具は、膜および関節の両方を通過する吸収性の縫糸とすることができ、それによって、関節に対する膜の位置関係を固定する。さらに、非限定的な例において、取り付けは、膜を関節に接着することを含むことができる。

種々の態様において、本明細書に記載する方法は、治療を必要とするヒト患者を含むいずれの哺乳動物にも適用することができる。ヒトに加えて、方法は、非限定的な例において、ネコまたはイヌのような伴侶動物、またはウマ、ウシ、ヤギ、ブタまたはヒツジのような農場動物のようないずれの哺乳動物にも適用することができる。

以下の実施例は説明するためのものであって、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。実施例中の組成物または方法の記載は、使用した動詞の時制にかかわりなく、記載した組成物を製造したまたは製造しなかったこと、あるいは記載した方法を行ったことを意味するものではない。

本明細書に記載する方法は、当業者によく知られた研究室技術を利用し、ガイダンスは、Sambrook, J.ら, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 2001; Spector, D. L.ら, Cells: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1998;およびHarlow, E., Using Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1999.のような研究室マニュアルに見出すことができる。

実施例１
本実施例は、ポリエステルおよび多糖を含む絡み合ったマトリクスを組み立てる方法を説明する。
本実施例においては、１.５×０^５の分子量を有するポリ（ラクチド−コ−グリコシド）をジクロロメタン（１２５ｍｇ／ｍｌ）に溶解し、約１.３×１０^６ダルトンの分子量のヒアルロン酸（ＨＡ）を水に溶解した（１５ｍｇ／ｍｌ）。２のポリマー溶液、２部のＰＬＧＡおよび１部のＨＡを１部のMilli Q水と、約５分間高速でボルテックス攪拌することによって混合した。乳化した混合物は、直ちに、イソプロピルアルコール中のドライアイスを含有する浴中で予め−７０℃に冷却した型に注いだ。凍結したの地に、型およびその内容物を、ドライアイスで不可し、真空ラインに連結した第２の容器に移した。−７０℃ないし−４０℃の温度でこのプロセスによって有機溶媒を除去して、湿潤氷相にＨＡを残した。ついで、真空下にて温度を−１０℃まで上昇することによって水を除去した。

実施例２
本実施例は、膝傷害の治療を説明する。
本実施例においては、外傷膝傷害を有する運動家患者を整形外科手術に付する。診断は、大腿部関節丘の損傷した関節の軟骨からなる。外科手術は、患者の大腿部関節丘に対する鏡視下骨穿孔法を行い、ヒアリン軟骨が存在する骨を通るチャネルを作製した。外科医はヒアルロン酸をからみ合わせたポリエステルを含む膜を選択し、関節丘の輪郭に沿って形成した。ポリエステルは、３：１の重量比の乳酸およびポリグリコール酸のコポリマーであり、100,000の重量平均分子量を有する。ヒアルロン酸は1,700,000の平均分子量を有する。ヒアルロン酸に対するポリエステルの重量比は９：１であり、膜は３ｍｍの厚さを有する。外科医は、膜の１の側をTISSEEL（登録商標）VHフィブリン・シーラントでコートした。ついで、彼女は、穏やかな圧力を用いて膜を損傷した大腿部の関節丘に適用した。患者には、数週間、膝に圧力がかからないように指示した。関節丘は、外科手術介入後６週間までに新たなヒアリン軟骨で修復した。

実施例３
本実施例は、骨関節症の治療を説明する。
本実施例においては、肘関節に完全な厚さの軟骨の欠損を有する骨関節症患者を付した。患者は外科医によって手術され、上腕骨に存在する関節に鏡視下骨穿孔法を行った。ポリエステルを含む膜をヒアルロン酸とからみ合わせ、上腕骨の関節丘の輪郭に沿って形成し、ついで、それを外科医によって関節丘上に位置決定した。ポリエステルは、４：１の重量比の乳酸およびポリグリコール酸のコポリマーであり、100,000の重量平均分子量を有する。ヒアルロン酸は1,700,000の重量平均分子量を有する。ヒアルロン酸に対するポリエステルの重量比は８：１である。膜は１ｍｍの厚さを有する。外科医は、再吸収性のＰＬＡ／ＰＬＧポリマーからなる一連のスクリューで膜を適所に固定する。外科手術後に、新たなヒアリン軟骨が６ヶ月にわたって関節丘に沿って沈殿した。新たな軟骨は、正常なヒアリン軟骨から解剖学的に見分けがつかなかった。

実施例４
本実施例においては、肩の外傷性脱臼を有する中年男性を付した。診断は、その関節の咬合のヘッドをカバーする関節の軟骨を肩甲骨の浅窩受口で破裂することからなる。患者は外科医によって手術され、上腕骨のヘッドに鏡視下骨穿孔法を行った。ポリエステルを含む膜をヒアルロン酸とからみ合わせ、上腕骨の輪郭に近いように形付けし、ついで、上腕骨のヘッドの輪郭に沿ってほぼ形付け、ついで外科医によって上腕骨のヘッド上に位置決定された。ポリエステルは、３：１の重量比の乳酸およびポリグリコール酸のコポリマーであり、200,000の重量平均分子量を有する。ヒアルロン酸は1,700,000の重量平均分子量を有する。ヒアルロン酸に対するポリエステルの重量比は９：１である。膜は１ｍｍの厚さを有する。外科医は、一連の再吸収性のピンで膜を適所に固定した。外科手術後、新たなヒアリン軟骨が６ヶ月にわたって関節丘にそって沈殿した。新たな軟骨は、正常なヒアリン軟骨から解剖学的に見分けがつかなかった。

本明細書に引用したいずれの文献のディスカッションもそれらの著者によってなされている主張を単に要約することを意図するものであって、いずれかの文献またはその一部分が関連する先行技術を構成することは許容されない。出願人は、引用文献の精度および適切さを攻撃する権利を保有する。

Claims

哺乳動物の関節におけるヒアリン軟骨欠損を修復する方法であって、
関節に自己の間葉系幹細胞を浸潤させ；ついで
関節に、多糖とからみ合ったポリエステルを含む膜を適用する
ことを含む該方法。
自己の間葉系幹細胞が、関節に存在する骨の髄腔に起源を有する自己の骨の間葉系幹細胞である請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
関節に自己の間葉系幹細胞を浸潤させることが、関節に存在する骨に少なくとも１の開口を導入することを含み、ここに少なくとも１の開口が骨髄腔から関節への自己の骨の間葉系幹細胞の移動を可能にするのに十分に大きい請求項２記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
哺乳動物が治療を必要とするヒト患者である請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
ヒアリン軟骨欠損を修復することが軟骨全層欠損を修復することを含む請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
関節に存在する骨に少なくとも１の開口を導入することが、骨を摩耗、鏡視下骨穿孔または穿孔することを含む請求項３記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
摩耗することが摩耗関節形成術を行うことを含む請求項６記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
関節に存在する骨に少なくとも１の開口を導入することが骨を鏡視下骨穿孔することを含む請求項３記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
膜が少なくとも約０.５ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有する請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
膜を適用することが、関節に存在する骨に少なくとも１の開口を導入することに先行する請求項３記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
関節に存在する骨に少なくとも１の開口を導入することが、膜を適用することに先行する請求項３記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
ポリエステルが、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、およびポリ乳酸およびポリグリコール酸を含むコポリマーよりなる群から選択される請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
ポリエステルが、ポリ乳酸およびポリグリコール酸を含むコポリマーである請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
ポリ乳酸およびポリグリコール酸が約５：１ないし約２：１の重量比である請求項１３記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
ポリ乳酸およびポリグリコール酸が約３：１の重量比である請求項１４記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
多糖がヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ダーマタン硫酸、ケラタン硫酸、ヘパラン、ヘパラン硫酸、デキストラン、デキストラン硫酸、アルギン酸、およびそれらの組合せよりなる群から選択される請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
多糖がヒアルロン酸である請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
ポリエステルおよび多糖が９９：１ないし１：９９の重量比である請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
ポリエステルおよび多糖が約９：１ないし約１：９の重量比である請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
さらに、膜を関節に固定することを含む請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
膜を関節に固定することが少なくとも１の締め具を膜および関節に結合することを含む請求項２０記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
少なくとも１の締め具が生体適合性の接着剤、縫糸、組織融合、ダーツ、ステープル、スクリューおよび鋲よりなる群から選択される請求項２１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
生体適合性の接着剤がフィブリン接着剤である請求項２２記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
膜が、さらに、ＴＧＦ−β、骨形成因子、増殖分化因子、ＡＤＭＰ−１、繊維芽細胞増殖因子、ヘッジホッグタンパク質、インスリン様増殖因子、血小板由来増殖因子、インターロイキン、コロニー刺激因子およびアクチビンよりなる群から選択される少なくとも１の増殖因子を含む請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
膜が、さらに、少なくとも１のコラーゲンを含む請求項１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。
治療を必要とする患者の関節の軟骨全層欠損を修復する方法であって、関節に存在する骨を鏡視下骨穿孔し；
関節に、ポリ乳酸およびポリグリコール酸を約５：１ないし約２：１の重量比で含むポリエステル・コポリマーを含む膜を適用し、ここにポリエステルはヒアルロン酸とからみ合っており、膜は少なくとも約０.５ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有し；ついで
膜を関節に係留する
ことを含む該方法。
関節が膝関節である請求項２６記載の方法。
鏡視下骨穿孔が膜を適用することに先行する請求項２６記載の方法。
膜を適用することが、鏡視下骨穿孔することに先行する請求項２６記載の方法。
関節に膜を係留することが膜を関節に固定する少なくとも１の締め具を適用することを含み、ここに少なくとも１の締め具が生体適合性の接着剤、縫糸、組織融合、ダーツ、ステープル、スクリュー、および鋲よりなる群から選択される請求項２６記載の方法。
治療を必要とする患者の関節の軟骨全層欠損を修復する方法であって、
関節に存在する骨を通して少なくとも１の開口を導入し、ここに少なくとも１の開口は骨の髄腔に含まれる間葉系幹細胞の関節への移動を可能にし；
関節に、約５：１ないし約２：１の重量比でポリ乳酸およびポリグリコール酸を含むポリエステル・コポリマーとからみ合わせたヒアルロン酸を含む膜を適用し、ここに膜は少なくとも約０.５ｍｍないし約３ｍｍの厚さを有し；ついで
膜を関節に固定する
ことを含む該方法。
少なくとも１の開口を導入することが、膜を適用することに先行する請求項３１記載の方法。
膜を適用することが、少なくとも１の開口を導入することに先行する請求項３１記載の方法。
膜を関節に固定することが、膜および関節に少なくとも１の締め具を適用することを含み、ここに少なくとも１の締め具が生体適合性の接着剤、縫糸、組織融合、ダーツ、ステープルおよび鋲よりなる群から選択される請求項３１記載のヒアリン軟骨欠損を修復する方法。